Использование мельчайших нанооболочек из золота для небольшого нагревания предварительно облученных клеток опухоли молочной железы увеличивает эффективность лечения. Эта процедура не ведет к уменьшению опухоли, но убивает стволовые раковые клетки, считают ученые из Методистской больницы (The Methodist Hospital), Медицинского колледжа Бэйлора (Baylor College of Medicine) и Онкологического центра Андерсона (M. D. Anderson Cancer Center) Техасского университета (The University of Texas), опубликовавшие свой доклад в журнале Science Translational Medicine.

При изучении роста опухолевых клеток в лабораторных экспериментах на мышах с наиболее агрессивными опухолями (в том числе и перевитыми человеческими) ученые установили, что облучение в сочетании с золотыми нанооблочками, нагретыми лазером, излучающим в ближнем инфракрасном диапазоне, не только приводит к уменьшению размеров опухоли, но и значительно сокращает популяцию раковых стволовых клеток.

«Я столкнулась с этим, когда работала с облучением и стволовыми раковыми клетками, резистентными к химиотерапии и радиации. Я облучила мои клетки и оставила их на выходные. В понедельник я была расстроена, так как мои раковые стволовые клетки погибли, а нормальные клетки чувствовали себя хорошо» – рассказывает аспирантка Медицинского колледжа Бэйлора Рэйчел Аткинсон, (Rachel Atkinson), первый автор статьи.

Ее наставниками являются профессор молекулярной и клеточной биологии доктор Джеффри Роузен (Jeffrey Rosen) и директор Онкологического центра Методистской больницы доктор Дженни Чэнг (Jenny Chang).

Когда Аткинсон открыла инкубатор, ее очки запотели, потому что за выходные температура в инкубаторе поднялась. Это стало ключом к пониманию того, что тепло в сочетании с облучением является эффективным средством в борьбе с «упрямыми» стволовыми клетками.

Она проследила этот эффект на разных видах опухолевых клеток и уже собиралась опубликовать свои данные, когда узнала о группе из Онкологического центра Андерсона, которая использовала нанооболочки для гипертермии и сенсибилизации опухолей к радиационной терапии. Эти оригинальные исследования демонстрировали, что гипертермия, достигнутая с помощью нанооболочек, усиливает снабжение опухоли кислородом, а также фокально нарушает ее кровоснабжение, что и приводит к увеличению эффективности облучения. Ученые объединили свои усилия, чтобы определить, какой эффект нагревание с помощью нанооболочек оказывает на высоко устойчивые к радиации опухоли мышей.

Аткинсон выбрала два вида агрессивных опухолей молочной железы, представляющих собой один из самых страшных типов рака – тройной негативный рак, при котором отсутствуют крайне важные рецепторы, что делает опухоль недостижимой для специфических лекарственных препаратов. Она также работала и с мышами с перевитыми опухолями человека этого же типа.

В результате воздействия только радиацией опухоли сокращались, но большой процент сохранившихся клеток представлял собой стволовые клетки, которые приводили к возобновлению роста новообразования. При этом всего лишь небольшое нагревание с помощью нанооболочек – от 37 до 42 градусов С – резко снижало количество стволовых клеток.

«Раковые стволовые клетки были более чувствительны к комбинированной терапии, чем основная часть опухоли. Это полная противоположность тому, что мы видели при применении только облучения», – говорит Аткинсон.

Когда она трансплантировала клетки из пролеченных ранее мышей, то обнаружила, что опухоли стали менее агрессивными и проявлялись (фенотипически) как более дифференцированные, чем те, которые подвергались только воздействию облучения. Недифференцированные опухоли, растущие после трансплантации, изменились, став более дифференцированными. В них наблюдалось образование протоков и люменов, типичных для архитектоники молочной железы.

«Преимуществом нанооболочек является то, что они не нагревают весь организм мыши», – говорит доктор Роузен.

В более ранних экспериментах по изучению этого эффекта нагреванию подвергался весь организм, что могло привести к серьезным негативным последствиям. В этом случае нанооболочки, представляющие собой 100-нанометровые кремниевые сферы, заключенные в оболочку из золота, проникают в опухоль через проницаемые кровеносные сосуды, обеспечивающие ее питанием. Для нагревания нанооболочек ученые использовали специальный лазер с длиной волны ближнего инфракрасного диапазона в течение 20 минут.

«Мы сосредоточили свое внимание не на уменьшении размеров опухоли, а на раковых стволовых клетках. Сокращение размеров опухоли не может стать решением проблемы. Опухоль можно уменьшить химиотерапевтическими препаратами или облучением, но это не убьет стволовые клетки»,  – говорит Роузен – пионер в этой области исследований. «То, что показала Рэйчел на модели мышей и ксенотрансплантатах, ведет к клиническим испытаниям на пациентах».

Аткинсон также установила, что при применении гипертермии раковые клетки не могут восстановить свою поврежденную ДНК, и большинство из них умирает. Тепло также не позволяет клеткам повышать уровень большинства белков теплового шока. Единственный белок теплового шока, уровень которого увеличился, может объяснить, почему некоторые из стволовых клеток прогрессировали в дифференцированное состояние.

«Эти результаты могут иметь огромное клиническое значение. Использование нанооболочек из золота с нагреванием и облучением может уничтожить раковые стволовые клетки вместе с основной опухолью, что улучшит выживаемость пациенток с раком молочной железы», – считает доктор Дженни Чэнг.

В резюме редакции журнала отмечается, что, хотя нанооболочки нуждаются в дальнейшем тестировании, метод лечения гипертермией уже проходит клинические испытания, а ионизирующее излучение является одним из основных видов противораковой терапии. Это говорит о том, что комбинированное лечение посредством гипертермии и облучения, разрабатываемое Аткинсон и др., имеет основания для проверки в клинических условиях.

Аннотация к статье: Thermal Enhancement with Optically Activated Gold Nanoshells Sensitizes Breast Cancer Stem Cells to Radiation Therapy